X型圓鋼管相貫節(jié)點平面外受彎滯回性能研究.pdf

1、圓鋼管由于其獨特的優(yōu)越性能被廣泛應(yīng)用于空間結(jié)構(gòu)中。作為整個結(jié)構(gòu)的有機組成部分，鋼管之間的連接即節(jié)點性能是一個重要的方面。不同軸線鋼管構(gòu)件之間的連接型式之一是采用相貫節(jié)點形式，即將支管直接焊接在主管的外表面，不進行任何加勁措施。X型圓鋼管相貫節(jié)點廣泛的應(yīng)用于大跨度單層網(wǎng)殼等空間結(jié)構(gòu)中，但對此型式節(jié)點的非剛性能研究、滯回性能研究尚未充分展開。
　　 本文以試驗為背景，結(jié)合非線性有限元分析，探討了X型圓鋼管相貫節(jié)點的平面外彎曲的滯回性

2、能，包括承載力、破壞模式、延性和耗能等性能。研究了各幾何參數(shù)對節(jié)點平面外彎矩-轉(zhuǎn)角曲線的影響，建立了X型圓鋼管相貫節(jié)點平面外受彎的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線方程和滯回模型。研究了支管軸力和主管內(nèi)力對平面外彎矩-轉(zhuǎn)角曲線的影響。
　　 首先進行的是X型厚壁圓鋼管節(jié)點平面外受彎的滯回性能試驗研究。實施了3個厚壁圓鋼管節(jié)點的受彎滯回試驗，在試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上結(jié)合數(shù)值分析，對X型厚壁圓鋼管相貫節(jié)點的承載力、破壞模式、延性和耗能等進行了研究。研究結(jié)果表

3、明，在合理的幾何參數(shù)和焊縫質(zhì)量保證下厚壁圓鋼管相貫節(jié)點在平面外受彎時，可保證達到支管的全截面塑性的承載力計算值，節(jié)點承載力較高。主管壁的拉剪斷裂破壞，為厚壁圓鋼管節(jié)點破壞的重要特征，而普通鋼管節(jié)點的主管壁破壞一般為塑性非圓化變形破壞或者主管壁沖剪破壞。厚壁圓鋼管相貫節(jié)點在平面外受彎時，當(dāng)支主管徑比β較大時，延性和耗能等性能較好；當(dāng)β較小時節(jié)點延性和耗能等性能較差。此章為后續(xù)章節(jié)的研究提供了試驗基礎(chǔ)和比較依據(jù)。
　　 隨后本文對節(jié)

4、點進行非線性有限元分析，和試驗結(jié)果對比，研究有限元模型的適應(yīng)性。在試件破壞前，節(jié)點的數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好，采用數(shù)值模擬方法對影響相貫節(jié)點滯回性能的參數(shù)進行分析是可行的。
　　 在試驗研究和有限元模型適應(yīng)性分析之后，本文對X型圓鋼管相貫節(jié)點的平面外滯回模型進行研究。首先探討了節(jié)點的變形機理，比較了直接法節(jié)點模型和間接法節(jié)點模型的優(yōu)缺點，并明析了間接法模型的定義。其次總結(jié)了鋼結(jié)構(gòu)的包括Menegotto-Pinto在內(nèi)的經(jīng)

5、典曲線方程和經(jīng)典滯回模型。再次，對影響節(jié)點性能的幾何參數(shù)，包括支主管外徑比β、主管徑厚比γ、支主管壁厚比τ、主支管夾角θ、支管平面夾角ψ，進行研究，針對各幾何參數(shù)，共建立206個有限元模型進行參數(shù)分析，通過多元回歸技術(shù)得出基于Menegotto-Pinto方程形式的節(jié)點平面外彎矩-轉(zhuǎn)角曲線方程，與有限元模型結(jié)果擬合較好。在此基礎(chǔ)上，給出與有限元分析結(jié)果擬合較好的X型相貫節(jié)點平面外受彎的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線的滯回關(guān)系，建立X型圓鋼管相貫節(jié)點的平